一種非晶氧化物薄膜晶體管及其制備方法與流程

本發明屬于顯示器件技術領域，具體涉及一種非晶氧化物薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術：

近年來，非晶氧化物薄膜晶體管(tft)在以有源矩陣驅動液晶顯示(amlcd)、有源矩陣有機發光二極管(amoled)和電子紙(e-paper)為代表的信息顯示中起重要作用。非晶氧化物tft具有較高的遷移率，低制備溫度，高均勻性等優點可滿足當前顯示技術朝大尺寸、高分辨率和柔性等方向發展的要求。

對于非晶氧化物tft通常需要經過退火處理來改善器件的電學性能。這是因為退火處理不僅可以降低有源層內部的缺陷及有源層/柵絕緣層界面的缺陷，還可以改善有源層與電極之間接觸質量形成歐姆接觸。傳統的退火方法是氣氛熱退火，均勻加熱器件，使得有源層材料中原子獲得能量重新分布，填補缺陷態，但退火處理存在以下缺點：1.薄膜受熱依靠內部原子熱運動重新排列減少缺陷態，需要很長時間，導致熱退火時間很長，通常以小時為單位。2.器件各部分需要同時加熱，因此對退火設備均勻溫升需要很高的要求。3.由于氧化物tft是由多種薄膜材料構成，各組分熱膨脹系數不同，熱退火會造成器件熱應力增大。4.由于柔性tft器件中的柔性基板不耐高溫，不能通過熱處理改善器件性能，使得熱處理樣品種類有限。5.為了提高器件性能，常會在多種氣氛混合退火或非惰性氣氛下熱退火，導致不安全。

技術實現要素：

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種非晶氧化物薄膜晶體管的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的非晶氧化物薄膜晶體管。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種非晶氧化物薄膜晶體管的制備方法，包括如下制備步驟：

(1)在玻璃基板上直流磁控濺射al:nd薄膜作為柵極，然后在al:nd薄膜柵極表面氧化生長alox:nd柵極絕緣層；

(2)采用射頻磁控濺射在柵絕緣層上沉積氧化物半導體(sto)薄膜，作為tft的有源層，氧化物半導體薄膜厚度為5～30nm；

(3)利用光刻技術在sto薄膜上直流磁控濺射制備源/漏電極；

(4)將步驟(3)所得器件在能量密度為20～100mj/cm²的全固態激光條件下進行激光能量密度處理，得到所述非晶氧化物薄膜晶體管(sto-tft)。

優選地，步驟(1)中所述al:nd薄膜的厚度為100～300nm；所述alox:nd柵極絕緣層的厚度為200～400nm。

優選地，步驟(1)中所述al:nd的摻雜濃度為1～5at％。

優選地，所述的氧化物半導體薄膜的材料為sto-5(sio2:sno2＝5:95wt％)。

優選地，所述全固態激光的波長為230～400nm。

一種非晶氧化物薄膜晶體管，通過上述方法制備得到。

本發明的原理為：選擇全固態激光對sto-tft進行激光退火處理。1.激光由于波長短，能量高，可以不需要惰性氣體或真空環境，能夠在短時間內快速徹底地消除薄膜內部缺陷，獲得高質量薄膜。2.激光具有高能量，作用時間短的特點，使得薄膜內部原子吸收能量但來不及達到平衡態，只能在原位調整，材料變形小，減小器件應力畸變。3.激光可以通過光學整形，可以對器件進行局部處理(溝道區和源漏電極與有源層重疊區)，減少能量浪費。4.當激光照射tft時，器件表面獲得較高的溫度，由于激光作用時間短溫度來不及擴散，不會使基板溫度升高太高，可以實現對柔性器件進行處理。

本發明的制備方法及所得到的非晶氧化物薄膜晶體管具有如下優點及有益效果：

本發明處理tft器件時間短，器件性能可達到與熱退火處理器件性能相近，有效地節約生產成本。

附圖說明

圖1為本發明實施例的氧化物薄膜晶體管的結構示意圖。

圖2、圖3和圖4分別為實施例步驟(3)未經激光能量密度處理的器件、經熱退火處理的器件和實施例步驟(4)激光處理的sto-tft的輸出特性曲線圖。

圖5為未經激光能量密度處理、熱退火處理和激光處理sto-tfts的轉移特性曲線圖。

圖6為實施例中激光處理sto-tft示意圖。

圖7為實施例步驟(3)未經激光能量密度處理的器件sto薄膜對不同波長激光的吸收率曲線圖。

圖8為實施例中不同激光能量密度處理后所得sto-tft的轉移特性曲線圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例

本實施例的一種非晶氧化物薄膜晶體管，其結構結構示意圖如圖1所示。所述氧化物薄膜晶體管從下至上依次為玻璃基板11、al:nd薄膜柵極12、alox:nd柵極絕緣層13、sto薄膜有源層14和源/漏電極15，其中源/漏電極15與有源層14位于同一層，源/漏電極15分布在有源層14兩端。

本實施例的非晶氧化物薄膜晶體管通過如下方法制備：

(1)在玻璃基板上直流磁控濺射100～300nm的al:nd薄膜作為柵極，然后在al:nd薄膜柵極表面氧化生長200～400nm的柵極絕緣層alox:nd；

(2)采用射頻磁控濺射在柵絕緣層上沉積氧化物半導體sto-5(sio2:sno2＝5:95wt％)薄膜，作為tft的有源層，氧化物半導體薄膜厚度為5～20nm；

(3)利用光刻技術在sto薄膜上直流磁控濺射制備源/漏電極；

(4)將步驟(3)所得器件在功率因子為550～950，樣品到場鏡的距離為20-50cm，激光能量密度為20～100mj/cm²、波長為355nm的全固態激光條件下進行激光能量密度處理，得到所述非晶氧化物薄膜晶體管(sto-tft)。

本實施例步驟(3)未經激光能量密度處理的器件的輸出特性曲線如圖2所示。其中，曲線21，22，23，24分別對應在vgs為0v，10v，20v，30v時的輸出特性曲線；圖3為熱退火處理(350℃，30～60min)的sto-tft的輸出特性曲線。其中，曲線31，32，33，34分別對應在vgs為0v，10v，20v，30v時的輸出特性曲線；圖4為實施例步驟(4)激光處理的sto-tft的輸出特性曲線。其中，曲線41，42，43，44分別對應在vgs為0v，10v，20v，30v時的輸出特性曲線；圖5為未經激光能量密度處理、熱退火處理和激光處理sto-tfts的轉移特性曲線。其中，曲線51為未經激光能量密度處理的sto-tft的轉移特性曲線，曲線52為熱退火處理的sto-tft的轉移特性曲線，曲線53為激光處理的轉移特性曲線。

圖6為本實施例激光處理sto-tft示意圖。其中66為波長為355nm的全固態激光。

圖7為本實施例步驟(3)未經激光能量密度處理的器件sto薄膜對不同波長激光的吸收率曲線。

圖8為不同激光能量密度處理后所得sto-tft的轉移特性曲線。

由以上結果可以看出，未經激光處理的sto-tft沒有器件性能，隨著激光照射的能量逐漸升高，器件逐漸出現轉移特性曲線。說明sto-tft能夠通過激光處理獲得器件性能。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。